化学反应工程原理篇（1）

中图分类号：TP697 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0297-01

一、化工工艺设计概述

1.化工工艺的概念

把化学原材料向化学产品转换的一种方式与方法就是化工工艺，这一实现方式与方法的所有工业流程都包括在化工工艺当中。想要实现化工工艺从生产到产品的转换，涵盖步骤主要由以下几个方面：

第一，处理原材料。初步处理化工原材料，方式有碾碎、提纯、粉磨等等。

第二，进行设计化学反应。达到化学原材料往成品转换的本质为化学反应的设计，此为化工工艺比较关键的一个步，由已作相关处理的原材料提供其化学反应所需环境，在一定程度上提高化学反应的转换率。

第三，化学产品的精处理。把化学反应生成的产品作出一系列的精处理，使得到的化学产品可以满足于实用性的要求。

2.化工工艺设计

化工工艺设计指的为达到化学反应所需的原材料、反应条件和工艺流程的设计过程的目的。化工工艺设计的范畴相对较大，不但拥有工艺流程设计，还包含工艺流程实现的管理方式等。在尚未进行化工工艺设计时，当最先熟知化工工艺设计的原则和安全规程，经由灵活设计化工生产工艺，达到工艺流程精简、安全规范、高效稳定运行的目的。

3.化工工艺设计的特点

1）化工工艺设计具有系统性的特点。化工工艺流程为一项系统而复杂的设计，其中包括了化工生产的各个方面。

2）化工工艺设计规模各异。不一样的化工生产方式，它的化工工艺设计就不一样，包含化学原材料、化学反应和化学成品等等。

3）化学工艺设计的资料具有不全面性。化工工艺本身为一项特别先进的设计项目，它的流程设计没有特别多的参考经验。

二、化工工艺设计中所存在的安全危险问题及控制措施分析

1.化工工艺设计中对原材料安全性能的控制

化工工艺设计是实现化学原材料往化学成品之间的转换过程，将产生多种不同的化学反应与物理反应，某一种物质在某一形态下具有危险性和危害性，所以当对一些可能具有危险性的物质进行掌握与控制，检验此类物质在化工工艺流程中的稳定性，展开安全性评估和识别，有效防止原材料、半成品以及副产品在化工工艺中出现危险的状况。

2.化工工艺设计中存在的安全性问题及控制措施

化工工艺设计是实现化学反应而拟制的工艺路线与流程，在设计时当综合考虑，在有效保障产品质量的条件下，选择一条相对安全或者能够有效保障安全性的路线，把化工工艺设计中的危险度降到最小。所以，进行工艺流程设计期间当遵循以下的几个原则：

第一，工艺路线实现的最简化。化工工艺实现流程的最简化，能够有效减少化工工艺流程中间所存在的化学反应，提高化工工艺反应的安全性。

第二，尽最大程度地选择危险性和危害性相对低的原材料。对于化学工艺设计的安全性降低原则来说，原材料安全性的提高比化工工艺流程的简化具有更重要的意义。

第三，在最大可能的情况下选择新的设备和新技术。新设备以及新技术能够很好的地把化学反应当中产生的危险物质降低，可以将中间生成物的在一定程度上循环利用，进一步的把化工工艺设计的成本降低，从而把经济效益和化工工艺的安全性与环保性提高。

三、化工工艺设计中控制措施分析

化工工艺流程设计中的核心内容就是化学反应，通过化学反应可完成原材料到成品的转化，许多的安全性问题h及于这一过程当中。因而，对于提高化工工艺设计的安全性有着十分重要意义的部分就是选择安全性良好的化学反应设备。对于化学反应种类繁多的化工工艺来讲，控制化学反应的安全性有着很大的难度。除此之外，还有很多不可控因素存在于化学反应的过程中，像是化学反应需要的温度、湿度控制很难达到精确的控制等，通常能够成为化学反应的一种潜在安全隐患。如果想要很好的对化学反应中设备安全性问题进行控制，就要注意以下几个方面：

1）降低进料量，能够准确的控制化学反应所需的加热速度以及冷却速度。化学反应过程当中，对化学反应具备的条件进行精确控制就是为了有效地提升它的反应转化率。这样，就可以很好的降低相关副产品的生成，把化工工艺的安全性提升。

2）化学反应过程中，要对相应的反应参数进行控制，防止反应仪器产生超压、超荷等状况。化学反应的过程中，反应设备的安全性主要依靠对反应本身的控制，如果化学反应过程当中出现一些超压现象，很大程度上就会致使设备状态失灵，导致安全事故。

3）相关废弃物的排放。化学反应一般会致使产生很多副产品与废弃物，将副产品进行合理的利用就能够很好地实现社会经济效益，很大的价值存在于其中。但是，废弃物不同，不止不可以提供价值，处理不合适还会有严重的环境危害与潜在危险。所以，化工工艺流程设计中应考虑如何处理有关废弃物的排放，做到有关废弃物在达到排放标准之后才可以进行排放。不只是能够很好的实现保护环境，同时可以把化工工艺流程设计的安全性提高。

结语

实现化学工业生产的前提就是化工工艺设计，化工工艺设计有着更高的安全性要求的根本原因是化学工业本身的特殊性与限制性。本文分析了目前我们国家化工工艺流程设计当中出现的问题，并以此提出了相对应的措施。化工工艺设计是一种的流程设计，它具有很强的系统性，其设计时应将影响安全性的各个因素都考虑到其中。但是，无论再完美的设计也很难做到兼顾化工工艺过程当中的任何一个细节，对于在化工工艺生产中所存在的缺陷我们应从化工工艺工艺当中进行及时的补救与修改，把任何一个流程都要控制好，绝对不允许发生化工事故。

参考文献

化学反应工程原理篇（2）

钦州学院开设化学工程与工艺专业有良好的机遇，同时也有多方面的挑战。要办好钦州学院化学工程与工艺专业，贯彻学院打造五大品牌专业的精神，需要从紧密联系北部湾区域经济建设方面着眼，努力办出具有石化特色的化学工程与工艺专业，重点建立一套紧密结合石化下游产业链、注重过程开发和工程实践能力培养的核心课程体系。在核心课程设置方面，确立夯实专业基础、强化工程意识、注重实验技能、拓宽专业口径，注重石化特色的原则。

1.2核心课程体系的内容与相互关系

所谓化工过程，主要包含分离过程和反应过程两种过程。与这两种过程紧密相关的一系列化工类课程共同构成了化工类课程的核心。按照“门数适宜，重点突出，相互支撑，形成一体”的要求，选择化工热力学、分离工程、传递原理、反应工程和化工工艺学等五门理论课以及与这五门理论课相关的化工专业实验课作为核心课程,建设具有石化特色化学工程与工艺专业的核心课程体系，全力打造化学工程与工艺这一品牌专业。在这五门理论课程中，分离工程和反应工程分别研究各类分离过程和反应过程，它们构成了化工过程课程最核心的部分。化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础，是化学工程的重要分支之一，与化学反应工程、分离工程关系密切。化工热力学的核心价值在于研究过程进行的方向和限度，为分离过程和反应过程提供相平衡、反应平衡数据，并对化工过程进行热力学分析[1]。反应工程是与工程实际紧密联系的课程之一，它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等反面的理论知识和经验综合于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化中[2]。

分离工程是化工专业基础课程，讲述的是如何将混合物进行分离与提纯的学科。作为专门研究分离方法的分离工程课程对学生工程素养的培养有很重要的作用。该课程阐明了化工分离过程的本质规律，重点研究分离方法的工业化途径，设备设计放大效应，最优分离路线的工业化，及最优操作条件。在选择具体分离方法时，不仅要考虑技术上的可行性、经济上的合理性，而且要考虑能耗、环保、设备放大和开发成本等诸多问题[3]。传递原理旨在研究化工动量、热量及质量(俗称三传)的传递现象，用一种统一的观点来处理三种传递现象，并研究动量、热量和质量传递之间的类似性，是研究分离机理、分离效率和宏观反应动力学的基础理论，同时也是反应器放大研究的基础理论之一。与化工热力学不同，传递原理是一门探讨传递速率的课程，它对过程开发、过程设计、生产操作、优化控制及过程机理研究都有重要的使用意义[4]。化工工艺学重在工艺过程的分析，即在特定条件下，进行分离过程、反应过程的比较选择、整合优化。化工工艺学是大学基础化学、化工热力学、化工动力学、反应工程、分离工程等专业基础可和专业课的综合运用。化工热力学和传递原理旨在加强专业基础，化工专业实验、反应工程和分离工程重在强化工程意识，化工工艺学拓展了专业适应面，可以突出石化特色。

2核心课程体系的优化

为了保障以上核心课程体系的顺利实施，建议结合钦州学院化学工程与工艺现有的教学计划，从下面几个方面作出适当的调整。

2.1加强数理基础教学力度，适度拓展

新世纪的工程人才必须有熟练应用数学、科学与工程等知识的能力，有进行设计、实验分析与数据处理的能力。在两年的教学实践中，学生普遍反映数理基础不够扎实，一些数学问题不知所云，比如热力学计算中要应用迭代法求解状态方程、精馏过程计算、反映工程中的偏微分方程求解等等，问题大都源于数学基础较薄弱。因此建议加开线性代数、运筹学、概率论与数理统计、数值计算、C程序语言、数学物理方法，流体力学等数理和计算机基础课程。多所兄弟院校也早就开设了这些基础课程。线性代数和运筹学的开设可以解决反应器设计过程的优化问题；概率论与数理统计是实验数据处理和理解反应工程中一些基本概念的基础；数值计算和C程序语言两门课程是工科学生重要的基础课程，加开这两门课程也是落实我校化学工程与工艺专业培养计划中对学生计算机水平的要求，对学生的就业能力的提高有好处；数学物理方法和流体力学是传递工程等课程的基础，加开这两门课程可以大大的提高学生工程数学能力，为就业和进一步深造打下更坚实的数理基础。考虑到Matlab在科学和工程计算领域的突出作用，建议开设Matlab在化工中的应用的相关课程[5]。化工热力学和化工原理是反应工程的基础，故将化工热力学和从第四、五学期调整至第三、四学期；化工原理和反应工程两门课程共同构成了化学工程最核心的部分课程，将化工原理从第四、五学期调整至第二、三学期，反应工程从第三学期调整至第五学期，也是考虑到化工原理是反应工程的基础。同时，将计算机模拟与仿真删去，将其中的知识分散到加开的MATLAB在化工中的应用和数值计算这两门课程中。从上表2中还可以看出，加开的课程中，突出了数理课程的基础，同时，适度的拓展经济和计算机相关的课程，也增加化工制图和电工学等实践性较强的课程，这对培养学生的工程实践能力是必不可少的。

2.2整合化工专业实验

化学反应工程原理篇（3）

一、前言

在材料科学与工程专业的本科教学工作中，本科学生在高年级就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过原位反应自生法制备复合材料。原位反应自生法是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。原位反应自生法是在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。这种方法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。原位反应自生法制备复合材料由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料制备方法中都讲述过原位反应合成技术。此外还可以将原位反应自生法制备复合材料作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的工艺过程。所以原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论。并对原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势进行分析和预测。

二、原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程

为了克服传统方法制备的复合材料存在增强体颗粒尺寸粗大，热力学不稳定以及界面结合强度低等缺点，出现了原位合成技术，即在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。原位自生法是通过原料粉末中的某些化学反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺制备出复合材料试样。原位反应自生法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。目前报道的原位合成技术主要有原位反应热压烧结技术，原位复合技术，定向氧化技术，熔体浸渍技术，反应结合技术及自蔓延高温合成技术等。定向氧化合成技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。原位自生法是通过反应物之间的反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺实现致密化。原位合成法是利用化学反应在原位生成补强组元-晶须或长径比较大的晶粒来补强基体材料的制备工艺。原位合成法主要具有如下优点：简化工艺，降低材料成本，实现特殊显微结构设计和获得特殊材料性能，具有很好的热力学稳定性。金属间化合物/陶瓷基复合材料的制备方法主要有原位复合技术和定向氧化技术以及原位反应热压烧结工艺。可以采用原位反应热压烧结工艺制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。原位复合技术是由于金属间化合物反应的形成热相对较低，因而采用自蔓延燃烧时系统不易达到较高的绝热温度，故一般采用原位复合技术制备和合成复合材料。原位复合技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。传统的方法是将粉末压坯在恒定速率下加热到可使反应自发的产生并在整个混合物中处处发生反应。定向氧化技术是定向金属氧化工艺可用于制备金属基复合材料。原位反应热压烧结工艺是将原位反应和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料。

三、原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用

原位反应自生法主要用于制备金属陶瓷，金属间化合物，金属间化合物/陶瓷复合材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过原位反应自生法。原位反应自生法同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料制备技术。原位反应自生法同样是热加工工艺，原位反应自生法涉及到反应物高温化学反应制备产物的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中原位反应自生法只是作为了解，对于原位反应自生法制备复合材料的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加一些关于原位反应自生法制备复合材料的实验课程。通过原位反应自生法制备复合材料的实践教学活动可以使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过原位反应自生工艺后得到的金属基复合材料烧结制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对复合材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排采用原位反应自生工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用原位反应自生工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过原位反应自生工艺和高温烧结工艺制备金属陶瓷复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。采用原位反应合成工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属间化合物粉末和陶瓷粉末通过压力成型过程在一定压力下压制成具有一定形状和致密度的预制件，通过原位反应自生法和高温烧结工艺形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。有时将原位反应自生法和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料烧结块材。通过实验教学过程使学生认识和了解到原位反应自生法制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对专业课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学认识和了解了原位反应自生工艺制备复合材料的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到产物的物相组成和显微结构进行分析和测试。原位自生法可以制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等。采用原位反应自生法可以制备颗粒增强的金属基或陶瓷基复合材料。

原位反应自生工艺制备复合材料涉及到反应物在高温下发生化学反应生成反应产物的过程，原位反应合成技术操作过程比较简单，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，可以进行现场操作，因此可以作为本科学生的实验课程教学内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对原位反应自生法得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。

四、原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势和应用

原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程领域有着广泛的研究和应用。原位反应自生技术由于制备工艺简单，成本较低，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，所以被广泛的应用到金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，金属间化合物/陶瓷基复合材料等的合成与制备中。利用原位反应自生法可以开发新型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料。采用原位反应自生技术可以开发出很多种类型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料。所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。原位反应自生技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，原位合成技术已经成为材料科学与工程专业实践教学课程进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加一些采用原位反应自生技术制备复合材料的实验课程。

五、结论

本文主要讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并详细讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。原位反应自生法广泛应用在制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等领域中。本文作者认为原位反应自生法制备复合材料可以应用在材料科学与工程专业的教学实践中，应该增加一些原位反应自生法制备复合材料的实验课程，扩大学生学习的知识面，提高学生的认识了解能力，从而提高实践教学质量。通过原位自生法制备复合材料的实验教学过程提高学生的知识水平和认识能力。

参考文献

[1]张国军，金忠哲，岳雪峰.材料的原位合成技术[J].材料导报，1997（11）：1-4

[2]陶春虎，王守凯.制备金属间化合物的XD法[J].航空制造过程，1994（2）：35-36

[3]黄世民.粉末冶金技术的应用与发展[J].航空工艺技术，1999（4）：36-38

[4]杨晓光.粉末冶金技术的现状与发展趋势[J].机械工程师，1996（增刊）：63-64

[5]何慧，张晓花，杨渭.金属间化合物的机械合金化制备[J].山东冶金，2004，26（5）：45-50

化学反应工程原理篇（4）

1.前言

近年来，裂解原理在化学工程中的应用范围正在逐渐扩大，究其原因离不开裂解原理本身的一些特点，这些特点决定了它在化学工程中的独特作用，使其能够在工业生产中占据一席之地，并为我国国民生产总值的提高做出贡献。对此，我们有必要针对裂解原理在化学工程过程中的应用进行积极的研究和探讨。

2.“裂解”的概念及内涵

在化学工程的概念中，裂解指的是在热能的作用下将某种高分子的化合物转变为其他低分子的化合物，该化学过程又叫做热解或热裂解[1]。这一工艺往往应用于石油化工的生产过程，它的发生温度较高，一般在七百至八百摄氏度之间，有些特殊的裂解反应甚至需要提供一千摄氏度的高温才能进行，也正是因为超出裂化的高温使得裂解反应可以不同于裂化反应达到更好的效果，比如它可以通过断裂长链烃的过程将石油或石油气的分馏产物转变为丙烯或乙烯等链烃较短的物质。可以说，高温是裂解反应的必要条件。

依照反应条件，裂解反应大致包括以下几种类型：首先是含水裂解。顾名思义，含水裂解就是指反应过程中有水存在的裂解过程，一般包括对石油进行蒸汽裂化或是从有机废料中提取出轻质的原油，这些过程都需要或不排斥水分子的存在；其次是无水裂解。不像有水裂解需要或容许水分子的存在，无水裂解恰恰是不需要水分子才能发生反应的化学过程。无水裂解的历史由来已久，古代的时候，古人将木材变成木炭的过程就属于无水裂解的过程。目前看来，这种裂解方式还可以用于塑料及生物质能中液体燃料的制取；第三种类型是真空裂解。真空裂解控制的是化学反应中的空气含量，某些物质在没有空气的情况下才能进行裂解。

3.裂解原理的工业用途

裂解原理在目前的化学工程中的应用相对来说是比较广泛的，起初的化学工程中，裂解反应的原料主要包括柴油、煤油及石脑油等，不过随着化学工业的发展和化学理念的变更，重油逐渐成为人们更为倚重的裂解反应原料。裂解的过程往往还会伴随着环化、缩合以及脱氢等不同类型的化学反应。

一般来说，我们可以将整个反应过程分成两个不同的阶段。在第一阶段的时候，裂解原料发生了初步的化学变化，会形成我们需要的目的产物，比如丙烯及乙烯等，这是一次反应过程。第二阶段的时候，是一次反应的产物作为反应物发生的二次变化，所以也叫做二次反应，亦即丙烯及乙烯转变成了二烯烃、环烷烃、芳烃及炔烃等的过程，甚至还有反应更为彻底的，直接变成了焦炭和氢气。经过了一次反应和二次反应以后，人们获得的裂解产物就比较复杂了，可以说是不同物质组成的混合物。一般来说，裂解反应受到温度、原料及反应时间的影响比较大，这三项因素的变化会导致不同的反应产物出现。一般来说，化工生产中比较常见的反应容器是蓄热炉或管式炉，在这两种反应容器中，石油烃会变成芳香烃、炔烃及烯烃等小分子物质，比如丙烯、乙烯、乙炔、丁二烯、甲苯及苯等。

目前的化学工程中，裂解原理一般用在化工产品的合成上，比如将二氯乙烯进行裂解以后，人们可以得到PVC，即聚氯乙烯。而聚氯乙烯是人们日常生活用品中比较常用的一种原材料，比如门窗、管材、板材、鞋底、玩具、文具、电线外皮及包装盒等物品，都是由聚氯乙烯制成[2]，虽然除了化学工程领域的工作者及相关的研究者以外多数人并不了这些日常生活用品的合成过程。另外，在化学工程中，难免要出现一些化工废料，对这些化工废料的处理同样离不开裂解反应，因为它可以通过不同类型的裂解过程将这些化工废料转变成一些低害物质以避免对自然环境的污染，甚至有些化工废料还能够在裂解反应的作用下变成能够被人们二次利用的新的化工原料，这样就实现了资源的可持续利用，是低碳环保理念所提倡的一种化工生产方式。比如“合成气”，经过裂解反应将部分化工废料转变为合成气后，合成气又可以成为氨及甲醇的制造原料，而氨又是尿素及各类复合肥、硝酸等的重要合成材料。

4.结语

裂解反应是目前化学工程中应用比较广泛的一类化学反应类型，它与人们的日常生活息息相关，为推动我国国民经济的发展及方便人们的日常生活做出着巨大的贡献。作为化学反应的类型之一，裂解反应不可避免地受到一定反应条件的制约并且也会有部分能耗的浪费，在未来的发展过程中，更新裂解反应的技术工艺，创造低碳、节能、环保的裂解方式必然会成为化学工程发展的方向和目标。■

化学反应工程原理篇（5）

文章编号：1005C6629（2017）6C0082C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

有专家将化学工业流程题表述为：根据化学课程与教学评价的要求，将化学工业实际流程、方法、技术和设备等要素，根据所要评价的学生的知识储备及其认识发展阶段水平进行简化处理，形成简洁明确且符合学生阅读理解基本能力的流程图，并根据该化学工业流程中所涉及的基本原理，设计出与化学课程及其评价目标相关的化学问题进行设问[1]。其实，化学工业流程题就是模拟、简化真实工业流程形成简洁的流程图形式，根据化学课程标准和考试说明要求，设计出符合学生认知的系列化学问题的一类试题。笔者对这类试题进行考察研究与思考，形成了以下基本认识。

1 化学工业流程题的溯源

工业流程题主要涉及无机物制备较多，因而也被称作“无机工业流程题”。现在的工业流程题是在无机框图推断题的基础上发展而来。1995年以前的高考，无机框图推断题作为必考试题，它着重考查学生元素化合物相互转化和性质，在一定程度上说，这种试题对提升学生的分析、推理、知识建构等有一定作用。但是由于这类试题“人为编造”痕迹较重，出现了一些不符合真实生产原理的转化，一度为大家所诟病。

寻根溯源，化学工业流程试题在1996年首次出现在上海高考化学卷中，是关于“AgNO3的工业制备”。从2007年开始，工业流程题出现在广东卷和山东卷中；到2010年，全国有9套高考卷中使用工业流程题：京、粤、鲁、闽、皖、川、沪、苏、琼等；到2016年，理综高考或者慰聘呖季碇屑负醵际褂昧苏庵痔庑汀

笔者以两个单科卷地区：上海和江苏为例（如表1、表2），分析这两个地区使用工业流程题的情况。

20多年来，上海高考中工业流程题得到了绝大多数命题专家的肯定，从表1中显示仅有3年没有出现工业流程题，其呈现出以下几个基本特点：一是以无机物合成制备、提纯等为载体的情境占据90.5%（18次考试的21个试题中，无机情境占19题）；二是经典工业制备占据主要地位，甚至重复出现，如纯碱制备、胆矾制备、合成氨原料气制备等；三是与人们生产生活相关的重要生产资料成为主要情境载体，如净水剂、钾肥、自来水生产等。当然，可能由于命题组成员的变化，2003年、2012年和2015年工业流程题被其他相关题型取代。

表2显示了近11年江苏高考共考查20题，其表现出如下特点：一是每年工业流程题的题量较稳定，一般在1～3题左右，以2题为主，没有明显规律；二是从2006年开始涉及工业流程题，还是有机背景，2008年开始明确成为必考题型，作为过渡年份，还是保留了1条框图题，直到2012年不再出现框图这种形式；三是流程形式有所创新，2014年开始将流程表达成“环形图”形式；四是工业“三废”处理成为考查的重要载体，废气――硝酸工业尾气、废液――含碘废液、废渣――钡泥池和粉煤灰等，体现了绿色化学的思想；五是与元素化合物的核心知识联系紧密，重要金属――铁、铜、镁、铝等均有涉及，重要非金属――氯、硫、氮等均有考查。由表中也不难看出，阅读容量、情境来源、呈现形式也制约着命题的进一步创新。

2 工业流程题的特点

2.1 工业流程题的结构特点

工业流程题一般由三个部分构成：题头、流程、问题。题头部分由两个部分组成：原料背景和流程目标。在原料背景部分常常隐含原料的组成介绍，可利用物质、待分离或者除去的杂质等，流程目标中主要介绍所制备的目标产物的组成等。流程部分一般由三个部分构成（如图1）：原料的预处理、通过核心反应进行产物制备、物质的分离及提纯获得目标产物。在预处理环节中一般涉及基本预处理反应（酸浸、盐溶液浸取等）、初步分离（去除滤渣等）；在核心反应制备环节一般涉及核心转化反应、二次去除滤渣等；在物质分离及提纯环节一般涉及具体操作等。问题部分一般按照流程的逻辑顺序进行设问，设问内容主要是信息反应方程式书写、反应原理分析、提纯及分离的操作选择等。

2.2 工业流程题的命题内容与立意特点

从知识点涉及的内容来看，主要有8个方面内容的运用：（1）化学反应速率与平衡理论的运用。涉及反应速率、原料的利用率、物质的稳定性等。（2）化学反应原理运用。氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写、复杂的复分解反应书写等。（3）实验条件控制的运用。如利用控制pH进行分离除杂，涉及溶度积常数的数据应用等。（4）化学反应中能量变化的运用。如反应中的热效应、化学能与电能相互转化等。（5）实验基本操作的运用。如除杂、分离、检验，蒸发、浓缩、结晶，过滤、洗涤、干燥等实验手段的选择。（6）物质转化和循环的运用。如资源的回收和利用、循环物质的确定等。（7）环境保护与绿色化学评价。如滤渣的处理等。（8）部分定量问题。如结合给定数据或图像，进行简单计算或判断，如反应物或生成物物质的量之间的关系等。

从试题整体立意看，主要有4个方面：（1）真情境。命题者以真实的化学工业生产为背景，通过对该工业流程背景的简化，再进行简约表述，编制成适合学生阅读的化学问题。充分体现了化学知识的应用性，让学生体会学有所用，充分认识“化学与人类的生产和生活密切相关，化学也正以其特有的价值影响或改变着人类的生产、生活和生存环境”。（2）新信息。为体现化学工业流程题的应用性，题干中一般介绍该工业产品在生活生产中的实际用途，或者最新的生产工艺，或者是新老工艺的优缺点比较等。在流程中，会经常出现一些化工术语，例如煅烧、粉碎、酸浸等。有时还会根据学生理解该工业流程或者答题需要，给出部分理化数据，例如相关物质的溶解度数据，金属阳离子沉淀的pH范围，不同温度或酸碱性下的物质性质表现等。（3）大融合。流程题就像是一个“大拼盘”，将高中化学主干知识有机融合，内容遍布高中化学教材的各模块，尤其突出的优点是能够考查学生“对某一个化学背景或流程进行多角度认识的能力”，能有效考查考生对物质性质、结构、转化原理及应用四要素之间的有机关联（如图2），问题设计有效融合了化学基本概念与理论、元素及其化合物、化学实验、化学计算等内容。（4）高效度。试题中涉及的化学工业情境部分来自于教材的加工，或者是最新工业合成或制备工艺，对任何考生均有陌生感，它比传统的无机推断题阅读量更大，对考生在短时间内综合运用四种能力解决问题的考查，有很高的效度。这四种能力是：阅读理解信息能力，筛选有价值信息能力，迅速进行知识关联能力，运用化学语言解答设问的能力。这种题型对指导一线教学，提升学生更高的化学素养有很强的导向性。

2.3 工业流程题的解题特点

研究题型解题策略者从解题流程角度提出了“泛读、精读、标注、解答”的四流程法（如图3）。也有学者采用“物质线-实验线-生产线”的解题思路[2]。

在泛读试题时，题头部分介绍该生产线的原料以及生产目的，设问中常常隐含一些有价值的解题信息。因此，在解答题目前，要明确生产目的，要圈点有用信息（如原料的成分、杂质的组成、某些物质的特殊性质等），要整体浏览工业流程，要在重要环节进行适当转化和标注。

在精读流程时，要逐问解决，一般不要跳跃解题，因为试题设问有内在的逻辑顺序。

一是精读原料的预处理环节。题中所涉及的原料，主要是矿石、工业“三废”等。常见的预处理的方法有两种，方法一是高温煅烧、灼烧、焙烧，即在一定的温度下，在空气或者惰性气氛中，对样品进行热处理。其作用主要有：物质分解或被氧气氧化，原料物之间发生高温下的反应等。方法二是将原料中的某些组分转化成溶液中的离子。常设计的工艺有：水浸-让可溶物溶解，酸浸-让可溶于酸的物质溶解，碱浸-除去原料表面的油污，或者让可溶于碱的物质溶解，某些盐浸，如使用FeCl3溶液提供强氧化性的离子等。

二是精读核心化学反应以及产物的制备环节。认真解读主化学反应所涉及的反应物及生成物，由于所考查的化学方程式陌生度很高，但又在考纲规定和学生能力的范围内，考生根据所学的元素化合物知识，利用化学反应中物质转化的基本原理（氧化还原反应原理、复分解反应原理、基本酸碱理论等），由反应物推导出生成物，并结合电子守恒、电荷守恒和元素守恒规则，运用基本的配平原则与技巧，在正_表达化学式的前提下，即可正确写出陌生的化学方程式。陌生情境的化学方程式书写的一般步骤为（如图4）：物质分类联想确认反应类型依据规律判断生成物依据守恒进行配平补充完整相关介质写清反应条件和添加必要符号依据原理检查合理性。

五是绿色化学问题。化工生产需要考虑的实际问题很多，如原料的选取便捷性、设备的腐蚀和损耗、成本的核算等。从经济的角度考虑，如原料来源的广泛性、可再生性、生产条件对设备的要求等；从生产过程中副产物的产生考虑，包括废弃物的排放处理，通常涉及到“绿色化学”的思想，如副产物的循环利用、有毒物质的处理与排放等。

3 工业流程题的价值思考

工业流程题有很好的价值导向，真实性化学工艺流程试题能将化学知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标有效整合，使选拔考试渗透人文教育，在发现问题和问题解决中感受愉悦，感悟真实化学问题及其解决之美，使解题的过程价值得以提升[3]，在今后一段时间内还将继续存在。但是，有3个问题必须关注：一是流程简约处理中的科学合理性问题；二是与中学既有知识与能力的匹配问题；三是流程题的表现形式问题。

因此，作为一种有存在价值的试题，除了要解决好上述三个问题外，也应反思此类试题的消极因素，如增加了考生的阅读负担（减少了化学思维的空间和时间），增加了教师平时训练中的试题命制负担（教师也模仿命题者的思路进行原创），增加了课外随意拓展的风险（有些教师引导更多学生进行文献阅读），增加了命题者遴选有效情境的难度等。基于此，笔者以为，立足教材情境，立足经典工业制备，立足中学生基本化学能力是未来此类试题必须坚持的命题方向。

参考文献：

化学反应工程原理篇（6）

②了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。

③了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

④了解热化学方程式的含义。

⑤了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。

⑥了解焓变（ΔH）与反应热的含义。了解ΔH=H（反应产物）-H（反应物）表达式的含义。

⑦理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。

⑧了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。

⑨理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

2017年高考考试大纲――化学反应与能量部分，内容如下：

①了解氧化还原反应的本质。了解常见的氧化还原反应。掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。

②了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。

③了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

④了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。

⑤了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。

⑥了解焓变（ΔH）与反应热的含义。

⑦理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

⑧理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。

⑨了解金属发生电化学腐蚀的原因、金俑蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

相较2016年的考试大纲，2017年的大纲有些微变化。具体表现在：

①对氧化还原反应的本质是电子转移，降低了要求难度。

②对常见的能量转化形式由“能说出”转成“了解”。

③增加了“能正确书写热化学方程式”的要求。

④去掉了“了解ΔH=H（反应产物）-H（反应物）”表达式的含义。

⑤对原电池和电解池的要求由“了解”转成“理解”。增加了对电解池构成和应用的要求。

针对考试大纲的改变，高考的试题题型，相应的可能出现一定的变动。

比如：

首先，考纲增加了“能正确书写热化学方程式”的要求，往年题型中涉及盖斯定律及反应热的计算时，可能只要求答出反应热的多少；今年就有可能在这类问题中，要求写出相应的热化学方程式。

其次，对能量形式的要求从“能说出”转成“了解”。涉及能量形式变化的考题，考查的形式可能会更多地以选择的形式代替填空。

最后，考纲在这一部分我们应重点注意的变化，应该在“增加了对电解池构成和应用的要求”方面。这部分要求的提出，预示着对电解池原理的考查可能会更细致。另外，可能会增加更多与化工应用有关的电解池的考题。

化学反应工程原理篇（7）

引言：对于化工来说，其是促进社会和物质文明发展的关键，并且为人类做出了非常大的贡献。与此同时，环境污染问题也日益严重，这样就需要采取相应的措施进行解决。而绿色化学工程与工艺是利用科学有效的方法和材料等进行处理，不仅大大提升了生产的利用效率，还很好的解决了存在的污染问题，因此，其对化工节能就有很大的促进意义。

1.绿色化学工程与工艺概述

1.1 绿色化学工程与工艺的重要性

目前很多我们生活中需要用到的物品都有赖化工生产流程，传统的化学工程与工艺中往往对于绿色化学不重视，生产过程中只是注重结果，短期内或许能收获相应的产品及利益，但从长远来看，很多化工生产工艺流程在生产过程中对环境造成很多污染，有的污染对环境的破坏是不可逆的，后果可想而知。随着人们环保意识的加强，近年来绿色化学工程与工艺越来越被人们提倡，这样的方式采用一种更科学更自然的方式实现化工生产，仍然能通过有效途径得到最后的目标产品，但大大降低了生产工艺对于环境的污染与破坏，同时很好的促进了化学工艺的节能，也实现了可持续发展的要义。

1.2 绿色化学工程与工艺的基本原则

绿色化学化工在世界范围内的原则相对一体，主要涵盖下列几方面。（1）在反应过程的源头上减少甚至根除废弃物的产生，而不是在废弃物产生之后再对其进行净化处理。（2）产品进行设计时，尽量做到原料利用率最大化。（3）产品进行分析时，在考虑生产效率的同时使原料和产品的毒性降低。（4）对于析出剂和溶剂等辅助物，尽量少用或选择使用无害产品。（5）减少生产过程中能量的损耗及其对环境的影响。（6）除了考虑经济和技术的因素，生产原料尽量选择可回收的加工原料。（7）尽量避免生产过程中产生不必要的化学衍生物。

2.化工企业节能减排的措施

通常情况下，大型化工企业在生产过程中往往会消耗大量的煤炭、石油和一些化工原材料，最终排放出大量的“三废”，也只有通过不断循环市场经济，才能够促进化工企业在国内市场的发展，并取得一定的市场优势。而目前化工企业应该在节能环保的基础上促进经济发展，其方法主要有以下几点：（1）加大化工污染这方面的技术、资金投入力度，对污染问题进行全面的控制。（2）针对化工生产项目使用先进的节能减排生产工艺，控制好化工原料，进而从源头上对污染问题进行防控。（3）创建绿色的化工生产链条，实现节能减排技术集中化处理。（4）全面提高企业职工的绿色减排意识，从自身出发做好环境保护工作。

3.绿色化学工程与工艺的合理开发

3.1 绿色化学原料的合理运用

在化工生产工艺及具体流程中，化学生产原料是起着决定性作用的主要因素，在传统化学工程中，所用原料大部分为不可再生能源。采用这些原料不但大大提高国家不可再生能源的消耗，同时还导致污染物的排放量大大增加，加重生态环境污染程度。将绿色化学原料作为化工生产材料是绿色化学工程重要研发内容之一。在化工生产过程中，可使用绿色化学物质、自然物质等无染污、可再生的化学原料。典型的绿色化学原料主要有芦苇、苞米杆、纤维植物等。将这些作为原料投入到化工生产过程中，可使其转化为酮、醇、酸类等多种化学品。在整个转化反应过程中，这些原料仅会产生一定量的氢气，而不会有任何一种有害、有毒的物质产生。

3.2 提高化学反应的选择性

在化学工程的物质反应中，化学反应作为必不可少的重要组成部分存在。所有化学原料的转化均是需要化学反应才能得以实现。在化工生产过程中，合理选择有效的化学反应形式可有效促进化学工程生产效率及质量得到提高[2]。对化学反应产生影响的因素有很多种，反应原料、环境、时间、特点等均会对化学反应产生不同程度的影响。在化学生产过程中应用最为普遍的反应形式为氧化反应。在氧化反应过程中会有大量的热产生，所有化学原料均会在热的催化作用下发生变质，因此会大大降低化学品的生产质量。在绿色化学工程中，应用新型的反应形式，这种新型反应形式为烃类氧化反应。这种反应形式的应用不仅可促进催化物反应催化能力得到提高，同时还可有效促进生产物同分异构反应时间增加。

3.3 使用无毒无害催化原料

从目前的现状来看，伴随着化工行业的不断发展，合理运用化学反应成为了化工行业健康稳定发展的关键，而在进行化学反应的时候，催化剂的使用是非常关键的，既可以对反应速度进行加快，也可以对反应时间进行缩短，那么在进行化工生产中，要想确保绿色化工工程和工艺得到快速的发展，就要使用没有毒害的催化原材料。同时现在我国有关部门对催化原材料的选择和应用已经给予了高度重视，并且催化剂的开发、研究和制作在不断增多，从而就促使在进行化学反应的时候，催化原材料有了很大的改善。此外，使用没有毒害的催化原材料还能够大大提高化学反应的效率，对能源消耗含量进行降低，也能够很大程度减少环境的污染。

4.绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用

加强对绿色化学工程与工艺的研究是化学工程的一次全新探索与实践创新，绿色化学工程工艺研究能够将废弃物的科滋控制在合理的范围之内，实现化学工程的规划化发展，与此同时也可以改善人民群众生活环境，对构建环境友好型社会具有重要的现实意义。

4.1 清洁生产技术的合理应用

清洁生产技术的合理应用具有超高的价值，对化学原料进行无公害化的处理，以期最终达到合格生产的目的。清洁生产技术的使用可促使原料等到有效的利用，提升原料的使用效率，清洁生产技术最为常见技术例如脱硫技术等，化学生产加工不可避免将会产生一定废气，为了进一步降低废气对于空气质量的污染，就需要进行脱硫处理。此外，除了清洁生产技术的研发外，当前自然发电技术也被赋予了更多的重视，在环境污染日趋恶劣下，自然发电技术受到的关注，利用风能等自然资源发电，可在生物工程中降低污染，并提高环境质量，以期实现资源有效利用。

4.2 生物技术的有机结合

在可持m发展理念推进下，生物技术也不断得以升级，生物技术也可理解成为生物工程，其中包括生物化工以及仿生学两部分。生物技术利用生物科技进行生产与加工，如常见的生物酶技术，生物酶是一种具有催化作用的有机物，该种有机物可具有超高应用价值，加之其污染系数较小，故此被广泛的应用到各领域之中。例如纺织领域，通过氧化还原酶的作用促使衣物处于仿旧状态等。生物技术的使用符合绿色化学工程工艺的要求，因此将生物技术与绿色化学工程工艺相互结合，可进一步的深人落实化学工程节能理念，并改变传统化学生产工艺模式，共同打造绿色环保社会。

4.3 环境友好型产品的加工生产

绿色化学工程与工艺的主要发展目的之一即为为社会生产处环境友好型产品，如清洁汽油、磷洗衣粉等无毒无害产品。通过绿色化学工程可以生产出与社会、自然环境发展相符合的友好型产品。绿色化学工程生产的出现在很大程度上起到了保护环境的作用。在社会生产、生活中，人们的购买的产品均为绿色产品，不仅有效保证了人们身体健康，同时也可促进社会健康、和谐发展。因此，在化工生产过程中，如能够促进绿色化学工程与工艺对的优势得到充分发挥，可有效降低生态环境的染污，促进国家自然环境和社会经济得到可持续发展，对国家的长远发展及社会的进步具有重要意义。

结语

通过上文对绿色化学工程和工艺技术进行系统分析可知，绿色化学工程对促进化学工业节能发展起到了重要助推作用，是实现化学工业节能减排发展目标的重要手段。现阶段，开发和应用绿色化学工艺，已成为现代化学工业的发展趋势和前沿技术，是建设环境友好型社会，实现可持续发展的关键。

参考文献

[1]于贺.论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J].科技与企业，2013，05：132.

化学反应工程原理篇（8）

2在化学反应工程、分离工程教学中的应用

化学反应工程和化工分离工程皆为化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课程。其主要研究内容的共性为过程开发、工艺设计以及实际生产操作过程中遇到的工程问题。在化工生产过程中，化学反应是生产的核心，而分离过程则是其前的原料净化和其后的产品精制，一般来说分离装置的费用占总投资的70%以上。过程模拟系统中，基本上包含了教学过程中所包含的各式反应器模型，另外系统还集成了用户自定义模块，用户可根据实际需求二次开发反应器模块子程序。而对于化工分离过程的模拟无论是从可模拟介质的种类和塔器的形式上，还是从模拟结果的精度上，都堪称化工模拟技术发展的代表。如：在AspenPlus中用于模拟所有类型的多级汽-液、液-液平衡为例，其计算分为简捷、严格法两种。简捷法计算单元模块库有三类：简捷法精馏设计、简捷法精馏核算和石油简捷蒸馏。严格法计算单元模块库有六类：严格精馏、复杂塔严格精馏、石油严格蒸馏、基于质量传递速率蒸馏、严格间歇蒸馏和严格液-液萃取，每一类单元模块库中又有多个以进料、加热器（冷凝器）和侧线物流等不同组合形式，如：严格精馏不仅可用于两相(汽-液)计算，还可用于三相(汽-液-液)计算，即可模拟：普通蒸馏、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精馏、平衡和反应比例控制蒸馏等工艺过程，而石油严格蒸馏库中就有近50种形式可选，所以过程模拟系统不仅可以满足化工分离工程课程主要内容的需要，而且对其后继石化、炼化等工艺课程，也有较大的帮助。天津科技大学王彦飞，朱亮等采用教学内容与AspenPlus软件相结合以提高教学质量，讨论环氧丙烷水解绝热连续搅拌釜式反应器模型的多解性，在课堂上非常快速直观的让学生清楚了解多定态现象以及产生的原因，有助于学生对反应过程的理解，并通过软件使用可以回答，“如果改变某些条件，那么对于结果有哪些影响？”这样的问题。南京化工职业技术学院化工系戴斌，徐宏利用化工过程模拟系统ChemCAD二次开发工具，在SO2转化反应器的工艺设计上，通过使用VBA语言编程，实现有复杂反应动力学方程的反应器工艺设计。变换不同的SO2转化工艺条件，计算得到与之对应的反应器体积，从而为装置技改、去瓶颈和优化提供依据。上海应用技术学院吴锡慧，郁平等对化学反应工程教学改革和实践，在实验中引入AspenPlus软件强化计算机应用，提高了学生们的设计和综合分析能力。该软件也正被学生用在大学生化工设计竞赛、毕业设计和科技创新等环节。天津大学化工学院李士雨，齐向娟给出了应用ChemCAD模拟软件更新分离过程教学内容的初步方案包括：分离过程热力学、自由度分析的原理和方法、单级平衡和多级平衡模拟计算等。得出：无论从国内外化工分离过程教学内容的更新趋势上看，还是从工业界对分离过程教学内容需求的变化上看，在分离过程教学内容中增加计算机模拟分析方法是大势所趋。华东理工大学化工学院李伟，朱家文等采用模拟软件ProII在化工分离习题课上，同时改变热力学方法、闪蒸条件、压力等，完成不同条件下的多种闪蒸计算。进行丙烯精制塔精确计算可对塔操作参数进行多方案计算和比较，实现整体优化；通过调节操作参数实现产品的纯度和塔的能耗比较，在其之间建立量化概念，这对于思考许多分离基本问题是十分有益的。江苏石油化工学院朱建军、林西平等利用AspenPlus软件对醋酸与乙醇催化反应精馏塔进行模拟，回流比、进料组成、进料位置等对醋酸与乙醇收率的影响进行了分析，结果表明：运用AspenPlus软件可以有效、快捷、方便地模拟脂化反应精馏过程，结果可靠,精度高。江汉大学化学与环境工程学院吴宇琼将AspenPlus软件引入分离工程课程及实验教学中。通过演示软件操作录像、学习模拟经典实例等方法，使学生迅速掌握并使用软件，借此求解泡、露点及塔板数等。广西大学化学化工学院秦祖赠，葛利等利用ProII对膨胀器的气体加工装置进行模拟，福建农林大学材料工程学院卢泽湘，范立维等利用AspenPlus对甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反应精馏工艺进行模拟，并进行教学演示和讲解。着重在混合物热力学性质的计算、多组分平衡分离过程计算上，真正做到了“严格计算”。同时指出软件对化工热力学、化工设计等课程的学习也会有较大的帮助，连续三年化工专业本科生对过程模拟系统的学习兴趣调查中“，学习兴趣强烈”的分别占到总人数：72.8%、83.2%、86.8%。将过程模拟系统应用于化学反应工程教学，避免了大量计算公式推导、复杂数值计算等问题，可以在少用课时的情况下，尽量全面地展示化学反应工程的核心内容。多组分多平衡级分离的严格计算，是设计分离设备和优化操作过程的必要计算手段，也是化工分离工程教学的主要内容。使用过程模拟系统，在进行MESH方程推导及基本算法介绍的同时，使得塔的精确计算和将热力学中相对独立的知识运用到具体的分离过程中，解决其工程实际问题成为可能，并且可以对塔的操作参数、分离要求和设备投资、运行费用等问题进行分析计算，极大地提高了学习的深度与广度，使学生更加主动积极，综合分析和解决实际工程问题的能力明显提高。

化学反应工程原理篇（9）

化学反应这一要素，被划归成化学生产特有的侧重点。化学反应预设的流程，从实验室更替至产出车间，就形成批量态势下的化工行业。化工范畴以内的技术，对平日的产出流程，带有明晰的影响。只有明辨了应用技术，才能延展原有的产出规模，提快反应的速率。除此以外，化工行业表征出来的环境干扰，还是偏大的。化工技术预设的运用中，应当审慎查验潜藏着的这种污染，采纳经济特性的化解方式，妥善归整这些废弃物。

1 反应流程特有的技术属性

1.1 化工行业表征出来的技术价值

化学范畴内的关联工业，能满足多层级的社会需求。例如：科学家经由审慎的实验，发觉了聚乙烯制备出来的塑料物品，便利了平日以内的居民生活。平日之内的购物中，人们替换掉了竹子编制出来的物品，换成了带有轻巧特性的塑料袋。再如，反应流程制备出来的氧气，促动了航天事业的延展，创设了反应依托的根基。制备出来的化学制剂，在食品产出这一市场范畴内，得以延展并被接纳。

化学反应依凭的化工技术，散布于平日以内的生活生产：饮食及平常出行、其他范畴内的生活层面，都不能脱离特有的化工技术。现今时段内，化工技术凸显出普遍适用这一特性，成为不可更替的生活方式。

1.2 技术潜藏着的污染疑难

化学技术的延展，带来平日之内的生存便利，也添加了常常提到的环境疑难。例如：聚乙烯调制得来的塑料物品，表征着很稳固的分子架构；若把废弃了的塑料埋设于地下，那么经由偏长的时段，塑料也没能腐烂。这就造成规模偏大的白色污染，损毁了区域以内的地下生态。

工厂排放过来的废弃水体，对加工得来的饮用水、带有自燃特性的各类资源，都带来偏重的污染，某些地段发觉了生物不能存留的死水。电镀产出依托的厂家，常常把产出这一流程的偏多废水，直接排放直至区域以内的天然湖泊。由此可见，化工技术创设出来的便利，也携带了偏多的环境灾害。有必要审慎查验化学反应依凭的流程，保障持续特性的化工进展，并着力去缩减附带着的各类污染。

2 审慎选取原料

2.1 应被注重的事宜

化工产出特有的流程以内，选出来的制备原料，密切关联着本源的反应需求。实验室制备得来的化学物质，常用于接续的反应进程。若要制备某规格下的制剂，可选出来的制备途径，能够分出多种。例如：若要经由反应，制备某规格下的氧气，可选取出来的路径涵盖多种。实验室以内的制备流程，并没能带有偏多的约束；但真实情形以下的化工生产，就应审慎考量各类制约。化工技术依凭的制备流程，应着力缩减经济耗费；应尽量节省特有的制备原料，用最小范畴以内的产出代价，换回最大范畴之内的收益。除此以外，应被侧重查验的要点，还包含制备流程特有的环保属性。

化工产出依托的总流程，涵盖特有的节能难题，以及关联着的环保疑难。带有过滤特性及电镀特性的产出行业，经由处理得来的废弃水体，会夹带着危险特性的重金属。重金属附带着的成分，带有毒害的特性，会污染这一区域经由的水源，产生恶劣态势下的生态干扰。为此，选出来的反应原料，应被审慎考量。

2.2 纳米特性的材料选取

有着纳米特性的制备原料，变更了旧有的化工技术。纳米技术被划归成高端范畴内的技术，很接近微观特性的新颖技术。最近几年，纳米关涉的化工技术，正渐渐被接纳。纳米固有的优良属性、内部架构及表征出来的表层结构，都凸显出不可更替的独有优势。添加上去的防护涂层，可以缩减材料本体的溶解特性，阻隔住了紫外线。除此以外，纳米制备出来的各类原料，还凸显了抵挡辐射这一倾向。纳米技术的延展前景最优，它助推了复合态势下的材料进展。

2.3 助推反应的试剂选取

化学反应依凭的催化剂，能有序管控预设的反应时间，密切关联着反应速率及特有的成效性。纳米材料被划归成这一范畴的催化剂，它替换掉了惯常采纳的制剂类别。若采纳常常见到的催化剂，则没能获取期待中的催化实效，还耗费掉了偏多的制剂资源，添加了区域以内的污染。加工流程依托的纳米材料，能缩减原有的催化时间，凸显了高层级的催化实效。

3 后续时段的废物处理

3.1 深层级的处理实效

化工反应依凭的流程，包含前期时段的制备及加工，也包含接续的废弃处理。在这之中，带有环保疑难的废物处理，被看成现今时段的环保疑难。化学反应接续的废物处理，应当经由审慎的比对解析，明辨最优条件，创设最佳情形下的反应率、关联着的反应时段等。废物处理范畴以内的疑难，主要表征在化工场累积着的废物处理。只有变更旧有的处理路径，才能获取预设的处理成效。

3.2 处理废物依托的流程

废物处理依凭的程序，也带有复杂的特性；带有毒害特性的各类物质，应当经由重组及分离，被变更成无毒特性的物质，才能审慎予以排放。通常来看，人们没能提升既有的环保认知，为了缩减这一时段的处理经费，而不愿接纳新颖的技术路径。

化工厂存留着的污水，凸显出最大态势下的危害特性。这是因为，废水夹带着金属特性的物质、没能溶解的偏多毒物。为此，对排放出来的废弃水体，应当经由专家解析，经由前期时段的抽取样本，来明辨废水存留着的毒害物质。在这以后，再依循化学流程的本源机理，把带有毒害特性的废弃水体予以沉淀。这就缩减了污染层级，保障预设的无害排放。

4 明辨微化工技术

比对常常用到的化工技术，微化工技术独有的新颖流程，表征在体系尺度这一范畴的精细化、原料固有的性能提升。例如：化工制备出来的各类流体，会延展原有的传热特性、关联着的传质特性。除此以外，系统经由微型化这一处理，也会提快原有的反应速率。化学反应凭借着的微化工技术，应注重如下层级的侧重点：

4.1 选取合规的反应器

化学反应工程原理篇（10）

中图分类号：TE08 文献标识码： A

前言：进入21世纪以来，环境问题越来越严重，而且，随着人口的继续增加，能源的持续减少，不可再生资源已经临近枯竭，生活垃圾核工业污染物也在无情的破坏着生态环境，人与自然的矛盾就这样不断被激化。在化学生产过程中，通过不再使用有毒、有害的物质，不再产生以及处理废物，生产无污染无伤害的目的正是绿色化学的设想。这虽然只是设想，但通过改进化学技术和方法，是可以达到减少有危害的化学产物的，绿色化学工程与工艺正是为了保证人类健康、生态环境，为促进化学工业节能目标而实施的。

一、绿色化学工业的概念

总结我们前面所阐述的，我们可以把其定义为无污染化学，所以在进行绿色化学工艺的过程中所产生的某种手段就是绿色化学工业技术，利用其原理从根源对普通化学反应产生的破坏进行整治。就绿色化学的特点来说，有以下两点，第一，绿色化学的本质就在于适中保持人与自然的和谐相处，近几年的快速发展而导致的环境破坏也就加速了绿色化学的快速发展；第二呢，绿色化学形成的结果是对环境友好的，绿色化学可以渐渐对付各种环境中产生的不利人类和自然发展

的因素。

但是究其根基，绿色化学是对环境的保护以及防范；而我们所说的环境化学就是对预防之后而无法达到效果的环境进行进一步的革新和处理，所以绿色化学和环境化学在起点和终点都是不一样的。那么在其反应过程中，对于有害物质进行摈弃，就可以制止不利产物的生成，但是在当前发展来看，这种想法只停留在表层，但是我们相信，通过科学家们的不断努力，这种想法终究会实现的。

二、传统化学与绿色化学的根本区别

化学可以理解为是研究从反应物向其生成物转化的的科学。传统化学在一定程度上是以资源过渡消耗和环境严重污染为代价的先污染后治理的化学工艺，其导致的危害是资源不可再生和环境污染，严重地威胁着人类生存和可持续发展，如目前全世界每年产生的废物达3-4 亿吨；而绿色化学（也称为环境友好化学）是从源头上防止环境污染的新兴科学。虽然传统的化学与绿色化学都为人类生活做出了巨大贡献，但绿色化学的根本思想是运用高选择性和原子经济性的反应，使用无毒无害的助剂、原料，生成环境友好的产品，而且经济合理，从而在节约资源的同时变废为宝。

绿色化学是对传统化学思维模式的革新和发展，也就是说，绿色化学可简单地描述为在化工生产反应过程中，改变了传统化学的“先污染后治理”，是“从源头上消除污染”，尽量不使用有毒有害物质，并减少或不生产废弃物和有毒有害物质。近年来的绿色化学发展，充分体现了绿色化学与可持续发展之间的密切关系，

因此，绿色化学也被称为“绿色与可持续化学”。

三、绿色化学应遵循的基本原则

1、污染预防优于末端治理污染；

2、尽可能的不用分离溶剂、试剂等辅助物质，若是不得已使用时，也应该是无毒、无害的；

3、在采用生产方法中尽量不使用和不产生对人类健康和对环境有毒有害的物质；

4、合成方法应具原子经济性（atom economy），原料分子中的原子更多或全部地进入最终的产品是原子经济性的核心目标。绿色化学的原子经济性有两个显著有点：一是最大程度地利用了原材料，二是最大程度地减少排放废弃物；

5、使用高选择性的催化剂优于化学计量试剂；

6、生产过程能耗应最低且在温和的压力和温度下进行；

7、设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品；

8、在技术可行和经济合理的前提下，尽可能地使用可再生原料；

9、尽量减少或避免非必要的衍生反应步骤（如使用物理化学过程、屏蔽基团、保护复原的临时性变更等）；

10、选择参与化学过程的物质，尽量避免发生意外事故的风险；

11、化学产品在使用完后应能降解成可以进入自然生态循环无害的物质；

12、发展适时分析技术以监控有害物质的形成。

四、绿色化学工程与工艺的开发

传统的化学工程与工艺对有害污染物的处理很被动，有滞后性，并且达不到根除污染物的效果，不但治理成本高，而且治标不治本。比如利用烟气除尘、脱硫，虽然净化了气体，却把污染物转化成了废渣废水，不但没有解决问题，反应复杂了处理方式。绿色化学工程与工艺，以零排放、清洁生产为原则，从化学反应着手，对污染进行有效的防止和控制。

1、采用绿色化学原料

化学生产原料是决定化学生产流程和工艺的主要因素，传统化学工程采用的绿色原料大多为不可再生能源，选取这种化学材料，不仅增大了我国不可再生能源的消耗量，同时也增加了化学生产污染物质的排放量，所以采用绿色化学原料是绿色化学工程重点研发项目，选用可再生、无污染的化学原料，如自然物质、绿色化学物质等。苞米杆、芦苇、纤维植物等农副产品废弃物，这些物质是典型的绿色化学原料，将其投入到化工生产中，可以转化成醇、酮、酸类的化学品，在转化过程中，这些化学原料只会产生氢气，不会产生任何有毒、有害物质。

2、采用高效高选择性的反应原料

对于化学工业来说，化学反应是决定化学工业生产过程中生产成本和生产难度、充分利用化学资源等各方面的重要性因素。可以降低工业生产的成本，而且能够提高产物纯度，减少无效反应产物的排放，节约化学资源，在化学工业中，有机物的反应复杂，研究机制不确定，所以选择合适的反应原料，不断提高工业技术是对化学工业的发展有着重要的意义。 3、提高化学反应的选择性

烃类选择性氧化是一类具有强放热性的反应，石油化工工业中时常发生这种反应，但是，它的生成物不稳定，很容易被进一步氧化，生成H2O和CO2。在各类的催化反应中，此反应一般不会被选择，因为有时生成物中还会存在同分异构提，不利于得到最终产物，所以，为了简化生产，一般都会使用选择性高的试剂。这样不仅可以降低分离产品和纯化产品的难度，还提高了反应的选择性，还能够起到降低成本，节约资源，减少环境污染的作用。所以加强这一方面的研究会有很强的实用性，比如开发载氧能力强、选择性好的新型催化剂，就可以应对不同的烃类氧化反应。

4、采用无毒无害的化学催化剂

近年来，化学反应越来越多的应用到了工业化的生产中，而催化剂对提高反应速率有着明显的效果，所以开发新型高效、无毒无害的催化剂以成为绿色化学工艺的发展方向之一。如今，相关部门都在研发新的烷基化固相催化剂，此外，分子筛催化剂也得到了很好的开发和应用。

五、寻找高效绿色的化学催化剂对提升工业生产水平的作用

1、 污染治理

目前，化学工业有其是石油、化工、煤炭等重工业对环境造成重大污染，危害生存环境，破坏原有生态平衡，威胁人类生存。引起国际上广泛关注，美国

1996年设立“绿色化学挑战奖”表彰在绿色化学领域中做出贡献的人。绿色化学的目标就是从化学生产的源头上实现环境治理，消除环境污染，绿色化学改变了传统化学工业先污染后治理的模式，实现预防、监测、零污染，预先环境治理，保护环境，资源可持续发展。

2、优化资源

3、节能减排

4、化学工业中绿色化学的应用

绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染，做到完全无公害无污染，因此它又被称为清洁化学，应用范围广泛，它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。工业中化学反应发生的条件一般都是高温高压，在反应过程中，只有适宜的温度和压力才能使用现代化学工业的技术，另外加上绿色化学的高效催化剂，这项工程才得以不断发展。例如上文提到的低维材料碳纳米管，催化裂解反应中有很大的化学功效。

5、化学工业中绿色化学和现代生物结合的应用。